哺乳類上丘における視覚・運動変換過程の鍵となる樹状突起信号伝達とその修飾機構

树突信号转导及其修饰机制是哺乳动物上丘视觉-运动转换过程的关键。

基本信息

批准号：
13041057
负责人：
伊佐正
金额：
$ 4.16万
依托单位：
Okazaki National Research Institutes
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2002
项目状态：
已结题

项目摘要

これまでの研究で上丘浅層深部から視神経層、そして中間層背側部に分布する大型のニューロンで、樹状突起を浅層表層にむけて広汎に投射し、軸索を中間層にむけて投射し、浅層に入力した視覚入力を中間層に中継する機能が考えられているwide field vertical cellには巨大なH電流を生成させるチャンネル分子が発現することを明らかにしてきた。そしてwide field vertical cellにおいては、シナプス入力に対して、細胞体が極端に過分極している状況(例えば保持電流が-90mV)においても活動電位が生成する、ということから細胞体とEPSPから活動電位が生成している部位(おそらく広汎に張った樹状突起)とはisopotentialでないということが示唆された。最近の生理学研究所脳形態解析部門の重本隆一教授らの研究からH電流を担うHCN1分子が上丘浅層に強く発現していることから、wide field vertical cellの樹状突起にHCN1が発現し、樹状突起部の膜電位と活動電位の生成閾値を調節しているのではないか、と考えた。そのことを検証するため、whole cell記録下において過分極通電を行い、-80mV程度からでも興奮性入力に対してEPSPに跳乗して活動電位が生成する状況を作り、H電流を抑制するZD7288(100μM)を投与した。すると細胞体に顕著な過分極が起きたことからH電流が過分極通電に対して脱分極を引き起こすように作用していることが示唆された。そして、通電量を調整して膜電位を投与前の状態にそろえたところ、細胞はEPSPのピークが-58mV程度まで脱分極しているにも関わらず活動電位が生成しなかった。以上の結果からwide field vertical cellの樹状突起のHCNチャンネルが膜電位と活動電位生成閾値の調整に関与していることが示唆された。そこで次のステップとして、wide field vertical cellの樹状突起に発現するのがHCN1チャンネルであることを確かめるため、biocytinを細胞内注入したwide field vertical cellにおいてHCN1チャンネルの抗体染色を行い、共焦点レーザー顕微鏡で観察したところ、wide field vertical cellの樹状突起にHCN1分子が発現していることが確認できた。

先前的研究表明，这些是大型神经元，分布于上丘深浅层至视神经层和中间层的背层，树突向浅层广泛突出，轴突指向中间层我们发现产生巨大H电流的通道分子在宽视野垂直细胞中表达，这些细胞被认为具有将视觉输入投射到表层并将视觉输入中继到中间层的功能。在宽视场垂直细胞中，即使在细胞体响应突触输入极度超极化的情况下（例如，保持电流为-90 mV）也会产生动作电位，这表明动作电位是由细胞体和 EPSP 产生的有人认为产生电势的位点（可能是广泛分布的树突）不是等电势的。日本国立生理科学研究所脑形态学系的重本龙一教授及其同事最近的研究表明，负责H电流的HCN1分子在上丘浅层中强烈表达，表明HCN1在上丘浅层中表达。我们假设它可以调节树突的膜电位和动作电位产生的阈值。为了验证这一点，我们在全细胞记录下应用超极化电流，以创建一种情况，通过在 EPSP 上跳跃来响应兴奋性输入（甚至从 -80 mV 左右）并抑制 H 电流，从而产生动作电位。ZD7288（100 μM)被施用。结果，细胞体内发生了显着的超极化，表明 H 电流响应超极化电流而诱导去极化。当调整所施加的电流量以使膜电位达到给药前的状态时，尽管细胞去极化至-58mV左右的EPSP峰值，但没有产生动作电位。这些结果表明，广域垂直细胞树突中的 HCN 通道参与调节膜电位和动作电位产生阈值。因此，下一步，为了确认在广视野垂直细胞的树突中表达的是HCN1通道，我们对胞内注射了生物胞素的广视野垂直细胞中的HCN1通道进行了抗体染色，并且使用共聚焦激光在显微镜下观察，证实HCN1分子在宽视场垂直细胞的树突中表达。